En la reunión, el neurobiólogo de la Universidad de Columbia (EE. UU.) Rafael Yuste y el genetista de la Universidad de Harvard (EE. UU.) George Church hicieron una propuesta nada modesta: mapear la actividad de todo el cerebro humano a nivel de neuronas individuales y detallar cómo forman sus circuitos. Ese conocimiento podría servir para tratar trastornos como el Alzheimer, el autismo, la esquizofrenia, la depresión y las lesiones cerebrales traumáticas. Asimismo, ayudaría a responder una de las grandes preguntas de la ciencia: ¿cómo el cerebro crea la conciencia?
nYuste, Church y sus colegas redactaron esa propuesta que luego se publicó en la revista Neuron. Su ambición era extrema: "un esfuerzo público internacional a gran escala, el Brain Activity Map Project (Proyecto de Mapeo de la Actividad Cerebral), con el objetivo de reconstruir todo el registro de la actividad neuronal a través de los circuitos neuronales completos". Al igual que el Proyecto del Genoma Humano de una década antes, el proyecto sobre el cerebro conduciría a, según escribieron los ideólogos, "industrias e iniciativas comerciales totalmente nuevas".
nSe necesitaban nuevas tecnologías para lograr ese objetivo, y eso tenía que ver con los nanocientíficos. En aquel entonces, los investigadores podían registrar la actividad de unos pocos cientos de neuronas a la vez, pero con alrededor de 86.000 millones de neuronas en el cerebro humano, era como "ver un píxel en la televisión", recordó Yuste en 2017. Los investigadores propusieron herramientas para medir "cada pico de cada neurona" en un intento de comprender cómo la activación de estas neuronas producía pensamientos complejos.
nLa audaz propuesta intrigó a la administración de Obama y sentó las bases para la iniciativa de Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN o proyecto de investigación del cerebro mediante la mejora de neurotecnologías innovadoras) de varios años, que se anunció en abril de 2013. El presidente Obama hablaba del "próximo gran proyecto estadounidense".
nPero esa no fue la primera iniciativa audaz sobre el cerebro. Unos años antes, el neurocientífico de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suiza) Henry Markram se había fijado un objetivo aún más elevado: crear una simulación por ordenador de un cerebro humano vivo. Quería construir un modelo tridimensional totalmente digital a la resolución de celda individual, rastreando todas las conexiones de esas celdas. "Podemos hacerlo en 10 años", presumió durante una charla TED en 2009.
nEn enero de 2013, unos meses antes de que se anunciara el proyecto estadounidense, la UE otorgó a Markram 1.300 millones de dólares (1.094 millones de euros) para construir su modelo cerebral. Los proyectos de EE. UU. y de la UE provocaron similares esfuerzos de investigación a gran escala en países como Japón, Australia, Canadá, China, Corea del Sur e Israel. Así comenzó una nueva era de la neurociencia.
n¿Un sueño imposible?
nUna década después, el proyecto de EE. UU. está llegando a su fin y el de la UE se enfrenta a su fecha límite para construir ese cerebro digital. ¿Cómo les ha ido? ¿Hemos empezado a desentrañar los secretos del cerebro humano? ¿O hemos gastado una década y miles de millones de euros en una idea que sigue siendo tan esquiva como siempre?
nDesde el principio, ambos proyectos fueron muy criticados.
nLos científicos de la UE estaban preocupados por los costes del plan de Markram y pensaban que eso afectaría a otras investigaciones en neurociencia. E incluso en la primera reunión de 2011 en la que Yuste y Church presentaron su ambiciosa idea, muchos de sus colegas argumentaron que simplemente no era posible mapear la compleja actividad de miles de millones de neuronas humanas. Otros creían que era factible, pero que costaría demasiado y que generaría demasiados datos con los que los investigadores no sabrían qué hacer.
nEn un feroz artículo en Scientific American en 2013, el neurocientífico del Laboratorio Cold Spring Harbor (EE. UU.) Partha Mitra advirtió contra la "irracional exuberancia" detrás del Mapa de Actividad Cerebral y cuestionó si su objetivo general tenía tanta importancia.
nArgumentó que, incluso si fuera posible registrar todos los picos de todas las neuronas a la vez, el cerebro no existía de forma aislada: para conectar correctamente los puntos, habría que registrar simultáneamente los estímulos externos a los que está expuesto el cerebro, así como el comportamiento del organismo. Razonó que deberíamos comprender el cerebro a un nivel macroscópico antes de intentar decodificar el significado de la actividad de las neuronas individuales.
nA otros les alarmaba el impacto de centralizar el control sobre estos campos. A la neurocientífica de la Universidad Rockefeller (EE. UU.) Cornelia Bargmann le preocupaba que desplazara el trabajo de investigadores individuales. (Bargmann pronto fue contratada para codirigir el grupo de trabajo de la Iniciativa BRAIN).
nnNo existe ni una sola teoría acordada sobre cómo funciona el cerebro, y no todos en el campo coincidían en que construir un cerebro simulado era la mejor manera de estudiarlo.
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Si bien la iniciativa de EE. UU. buscó aportaciones de los científicos para orientar su dirección, el proyecto de la UE fue decididamente más jerárquico, desde arriba hacia abajo, con Markram a la cabeza. Pero como documenta Noah Hutton en su película de 2020 In Silico, los grandes planes de Markram pronto se volvieron más claros. Como estudiante de neurociencia, a Hutton le habían asignado la tarea de leer los artículos de Markram y quedó impresionado por su propuesta de simular el cerebro humano; cuando empezó a hacer documentales, decidió hacer una crónica sobre ese esfuerzo. Sin embargo, pronto se dio cuenta de que la empresa de miles de millones de dólares se caracterizaba más por sus luchas internas y objetivos cambiantes que por los avances científicos.
nIn Silico muestra a Markram como un líder carismático que tenía que hacer afirmaciones audaces sobre el futuro de la neurociencia para atraer los fondos para llevar a cabo su visión particular. Pero el proyecto se vio afectado desde el principio por un problema importante: no existe ni una sola teoría acordada sobre cómo funciona el cerebro, y no todos en el campo coincidían en que construir un cerebro simulado era la mejor manera de estudiarlo. No pasó mucho tiempo para que esas diferencias surgieran en el proyecto de la UE.
nEn 2014, cientos de expertos de toda Europa firmaron una carta en la que mostraron sus preocupaciones sobre la supervisión, los mecanismos de financiación y la transparencia del Proyecto Cerebro Humano. Los científicos creían que el objetivo de Markram era prematuro y demasiado estrecho y que iba a impedir la financiación para investigadores con otras formas de estudiar el cerebro.
nEl neurocientífico computacional del Instituto Salk que formó parte del comité asesor de la Iniciativa BRAIN, Terry Sejnowski, afirma: "Me chocaba lo siguiente: si tenía éxito y lo ponía en marcha y el cerebro simulado funcionaba, ¿qué se iba a aprender? La simulación es tan complicada como el propio cerebro".
nA principios de 2015, la junta directiva del Proyecto Cerebro Humano votó para cambiar su organización y liderazgo sustituyendo el comité ejecutivo de tres miembros liderado por Markram con una junta directiva de 22 miembros. El empresario suizo con experiencia en diplomacia científica Christoph Ebell fue nombrado director ejecutivo, y recuerda: "Cuando asumí el cargo, el proyecto estaba en un punto crítico. La gente se preguntaba si iba a seguir adelante".
nPero unos años más tarde él también se fue, después de un "desacuerdo estratégico" con la institución anfitriona del proyecto. En la actualidad, la iniciativa está centrada en proporcionar nueva infraestructura de investigación computacional para ayudar a los neurocientíficos a almacenar, procesar y analizar grandes cantidades de datos (la recopilación de datos no sistemática ha sido un gran problema para el campo) y desarrollar atlas cerebrales en 3D y software para crear simulaciones.
nMientras tanto, la iniciativa BRAIN de EE. UU. también sufrió sus propios cambios. Nada más empezar, en 2014, respondiendo a las preocupaciones de los científicos y reconociendo los límites de lo posible, evolucionó hacia algo más pragmático, centrándose en el desarrollo de distintas tecnologías para analizar el cerebro.
nNuevo día
nEsos cambios por fin han empezado a dar resultados, aunque no son los que los fundadores de cada uno de los grandes proyectos cerebrales habían previsto inicialmente.
nEl año pasado, el Proyecto Cerebro Humano publicó un mapa digital en 3D que integra diferentes aspectos de la organización del cerebro humano a nivel milimétrico y micrométrico. Es básicamente como un Google Earth para el cerebro.
nA principios de este año, el neurocientífico financiado por la Iniciativa BRAIN Alipasha Vaziri y su equipo de la Universidad Rockefeller (EE. UU.) informó en un artículo en preprint que habían registrado simultáneamente la actividad de más de un millón de neuronas en la corteza del ratón. Se trata del registro más grande de la actividad cortical animal que se haya hecho hasta ahora, aunque está lejos de las 86.000 millones de neuronas del cerebro humano como esperaba el Mapa de Actividad Cerebral original.
nEl esfuerzo estadounidense también ha mostrado cierto progreso en su intento de construir nuevas herramientas para estudiar el cerebro. Ha acelerado el desarrollo de la optogenética, que utiliza la luz para controlar las neuronas, y su financiación ha llevado a nuevos electrodos de silicio de alta densidad capaces de registrar simultáneamente centenares de neuronas. Y se podría decir que ha acelerado el desarrollo de la secuenciación unicelular. Este mes, los investigadores que utilizan estos avances publicarán una clasificación detallada de los tipos de células en la corteza motora humana y en la del ratón, que por ahora sería el resultado más importante de la Iniciativa BRAIN.
nAunque todos estos son pasos clave hacia adelante, están lejos de las grandes ambiciones iniciales.
nLegado duradero
nActualmente estamos en la última fase de ambos proyectos: el esfuerzo de la UE concluirá en 2023, mientras que se espera que la iniciativa de EE. UU. tenga financiación hasta 2026. Lo que suceda en estos próximos años determinará cuánto impacto tendrán en el campo de la neurociencia.
nCuando le pregunté a Ebell cuál consideraba como el mayor logro del Proyecto Cerebro Humano, no mencionó ningún éxito científico. En cambio, señaló EBRAINS, la plataforma lanzada en abril de este año para ayudar a los neurocientíficos a trabajar con los datos neurológicos, para realizar modelos y simular la función cerebral. Ofrece a los investigadores una amplia variedad de datos y conecta en un solo sistema muchas de las instalaciones de laboratorio, centros de supercomputación, clínicas y puntos tecnológicos más avanzados de Europa.
nEbell añade: "Si la pregunta es '¿Está contento con el resultado?' Yo diría que sí. '¿Ha llevado a los avances que algunos esperaban para conseguir una comprensión completamente nueva del cerebro?' Tal vez no".
nLa neurocientífica de la Universidad de Düsseldorf (Alemania), que ha sido directora de investigación científica del Proyecto Cerebro Humano desde 2016, Katrin Amunts, destaca que si bien el sueño de Markram de simular el cerebro humano aún no se ha realizado, sí que se está acercando. Y añade: "Aprovecharemos los últimos tres años para que sucedan tales simulaciones". Pero no será un modelo grande y único; en cambio, se necesitarán varios enfoques de simulación para comprender el cerebro en toda su complejidad.
nMientras tanto, la Iniciativa BRAIN ha proporcionado hasta ahora más de 900 subvenciones, por un total de alrededor de 2.000 millones de dólares (1.683 millones de euros). Se prevé que los Institutos Nacionales de Salud gasten casi 6.000 millones de dólares (5.050 millones de euros) en el proyecto cuando concluya.
nPara la fase final de la Iniciativa BRAIN, los científicos intentarán comprender cómo funcionan los circuitos cerebrales mediante la diagramación de neuronas conectadas. Pero las afirmaciones de lo que se puede lograr son mucho más moderadas que en los primeros días del proyecto. Los investigadores se han dado cuenta de que comprender el cerebro será una tarea continua, y que no es algo que se pueda finalizar en la fecha límite de un proyecto, ni siquiera si ese proyecto cumple con sus objetivos específicos.
n"Cuando se trata de una herramienta nueva o un nuevo microscopio fabuloso, sabemos cuándo está listo. Pero es mucho más difícil saber qué es el éxito en cuanto la comprensión de cómo funciona una parte del cerebro o cómo el cerebro realmente realiza una tarea. Y el éxito para una persona sería solo el inicio del trabajo para otra", afirma la neurocientífica de la Universidad de Brandeis (EE. UU.) Eve Marder.
nYuste y sus colegas tenían razón cuando dijeron que necesitarían nuevas herramientas y técnicas para estudiar el cerebro de una manera más significativa. Ahora, los científicos tendrán que descubrir cómo usarlas. Pero, en vez de responder a la cuestión de la conciencia, el desarrollo de estos métodos solo ha abierto más preguntas sobre el cerebro y ha demostrado lo complejo que es.
nYuste concluye: "Tengo que ser sincero, nuestras esperanzas eran mayores".
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